[发明专利]一种光催化MXene复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光催化MXene复合膜及其制备方法，通过低温化学改性方法并利用CTAB来修饰Bi₂O₂CO₃纳米颗粒，制备出N‑Bi₂O₂CO₃；通过LiF和HCl混合溶液对MAX进行剥离，得到片层结构清晰的二维MXene材料；将MXene分散溶液和N‑Bi₂O₂CO₃分散溶液超声混合，通过真空抽滤的方式在PES膜基材上构建出N‑Bi₂O₂CO₃@MXene复合膜。该复合膜具有良好的抗污染和自清洁能力，有效解决了传统膜使用寿命短、MXene作为膜材料的机械性能差的难题，光催化剂的加入不仅扩大了MXene膜的分离通道，使得复合膜的渗透性能明显提升，还赋予了复合膜自清洁能力，实现了膜对复杂水体中多种污染物的协同去除，展现出良好的实际应用前景。

技术领域

本发明属于膜材料及膜制备技术领域，涉及一种光催化MXene复合膜的制备方法以及采用该制备方法制得的光催化MXene复合膜。

背景技术

工业废水是指工业生产过程中产生的废水和废液，其污染物种类繁多且成分复杂(常见如油污、染料、重金属和微生物等)，若在排放前不加以有效处理，将对周围生态环境和人类健康构成了巨大的威胁。膜分离技术具有分离效率高和环境友好等特点，目前已在工业废水处理等领域得到了广泛的应用。膜材料是膜分离技术的关键，是膜技术产业化的核心部件。传统的膜材料抗污染性能差，且渗透通量和截留率之间存在着相互制约的关系。因此，开发既要有较高的选择性和渗透通量，又要有较好的抗污染性的新型膜材料具有重大的意义。

MXene(Ti₃C₂T_x)是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物，一般是通过化学刻蚀等方法选择性去掉MAX相(Ti₃AlC₂)中的A原子层而制备的。MXene的化学通式可表示为M_n+1X_nT_x(其中M为早期过渡金属元素，X代表碳或氮元素，T则为表面附着的活性基团)。MXene具有比表面积高的特性，其层间距和组分可调控，表面丰富的-OH、-O等亲水性官能团，使得其在水溶液中能够良好的分散。以MXene为基质构建的纳米复合膜，具有很强的可塑性和柔韧性。2015年，MXene二维材料的发现者Yury Gogotsi教授课题组首次报道了MXene膜的制备及应用，打开了MXene材料通往膜分离世界的大门。他们发现微米厚度的MXene膜比GO膜亲水性更强，水分子的渗透过程更加迅速，且在电荷效应和层间距(约)的作用下，MXene膜展现出了更高的截留率和选择性。此外，华南理工大学王海辉教授课题组通过真空抽滤的方法在阳极氧化铝(AAO)基材上构筑出二维MXene膜，并采用氢氧化铁纳米颗粒对其进行造孔处理。他们构筑的膜渗透通量高达1000L/(m²·h·bar)，对水中粒径大于2.5nm的污染物截留率超过90％。这项研究为制备兼具高渗透通量和选择性的MXene膜提供了良好的思路。由此可见，二维材料MXene在膜分离材料构建领域具有广阔的理论研究和实际废水处理前景。